KR102535955B1 - 가변적 유로 패턴 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체산화물 연료전지용 분리판 조립체에 있어서, 일측 방향으로 돌출되면서 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기를 형성하는 베이스플레이트; 상기 결합돌기에 결합하는 결합공을 형성하고, 상기 결합돌기와 상기 결합공의 결합에 의해 상기 베이스플레이트 상에 배치되는 형성하는 하나 이상의 유로형성블럭; 및 상기 유로형성블럭의 형상 또는 배치 형태에 따라 패턴이 가변적으로 형성되어, 외부로부터 공급되는 반응가스가 유동하도록 구비되는 가스유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 베이스플레이트에 에칭 방식으로 가스유로를 형성하는 것이 아닌, 베이스플레이트 상에 유로형성블록을 배치시켜 가스유로를 형성함으로써, 유로형상 가공의 정밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과 및 베이스플레이트에 결합돌기를 격자 형태로 배치하고, 다양한 형상, 개수의 유로형성블럭을 다양한 형태로 배치시킴으로써, 베이스플레이트 상에 다양한 가스유로를 가변적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 베이스플레이트에 에칭 방식으로 가스유로를 형성하는 것이 아닌, 베이스플레이트 상에 유로형성블록을 배치시켜 가스유로를 형성함으로써, 유로형상 가공의 정밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과 및 베이스플레이트에 결합돌기를 격자 형태로 배치하고, 다양한 형상, 개수의 유로형성블럭을 다양한 형태로 배치시킴으로써, 베이스플레이트 상에 다양한 가스유로를 가변적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 연료전지용 분리판 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 격자 형태로 배치된 결합돌기를 형성하는 베이스플레이트에 유로형성블럭을 배치하여, 베이스플레이트 상에 다양한 패턴의 가스유로를 형성할 수 있는 가변적 유로 패턴 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지는 일반적으로 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 900℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다.
또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 현재 활발히 이루어지고 있다.
고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 전기화학적 에너지 변환장치로서, 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극 및 연료극으로 이루어진다.
공기극에서는 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.
그러나, 상기 공기극, 전해질 및 연료극을 기본으로 하는 단위전지 하나에서 발생하는 전력은 상당히 작기 때문에, 여러 개의 단위 전지를 적층(스택)하여 연료 전지를 구성함으로써 상당량의 전력을 출력시킬 수 있게 되고, 나아가 다양한 발전 시스템 분야에 적용할 수 있게 된다.
상기 적층을 위해서, 한 단위전지의 공기극과 다른 단위전지의 연료극은 전기적으로 연결되어야 할 필요가 있으며, 이를 위해 분리판(interconnect)이 사용된다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 베이스플레이트에 에칭 방식으로 가스유로를 형성하는 것이 아닌, 베이스플레이트 상에 유로형성블록을 배치시켜 가스유로를 형성함으로써, 유로형상 가공의 정밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 분리판 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 베이스플레이트에 결합돌기를 격자 형태로 배치하고, 다양한 형상, 개수의 유로형성블럭을 다양한 형태로 배치시킴으로써, 베이스플레이트 상에 다양한 가스유로를 가변적으로 형성할 수 있는 연료전지용 분리판 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 고체산화물 연료전지용 분리판 조립체에 있어서, 일측 방향으로 돌출되면서 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기를 형성하는 베이스플레이트; 상기 결합돌기에 결합하는 결합공을 형성하고, 상기 결합돌기와 상기 결합공의 결합에 의해 상기 베이스플레이트 상에 배치되는 형성하는 하나 이상의 유로형성블럭; 및 상기 유로형성블럭의 형상 또는 배치 형태에 따라 패턴이 가변적으로 형성되어, 외부로부터 공급되는 반응가스가 유동하도록 구비되는 가스유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
또한, 상기 복수개의 결합돌기는 상호 격자 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
또한, 상기 유로형성블럭은, 사각기둥 형상으로 이루어지고, 길이 방향으로 둘 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
또한, 상기 유로형성블럭은, 횡단면이 원형이고, 내부에 하나 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
또한, 상기 유로형성블럭은, 횡단면이 육각형이고, 내부에 하나 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
또한, 상기 베이스플레이트는 Fe-Cr 합금을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 베이스플레이트에 에칭 방식으로 가스유로를 형성하는 것이 아닌, 베이스플레이트 상에 유로형성블록을 배치시켜 가스유로를 형성함으로써, 유로형상 가공의 정밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 베이스플레이트에 결합돌기를 격자 형태로 배치하고, 다양한 형상, 개수의 유로형성블럭을 다양한 형태로 배치시킴으로써, 베이스플레이트 상에 다양한 가스유로를 가변적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 결합사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 일실시예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체에 압입부재가 결합한 모습을 나타내는 단면도 및 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체 사이에 연료전지의 셀이 배치된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 결합사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 일실시예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체에 압입부재가 결합한 모습을 나타내는 단면도 및 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체 사이에 연료전지의 셀이 배치된 모습을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 분해사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 결합사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체의 전체 구성을 나타내는 도 2의 A-A 단면도, 도 4는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 일실시예를 나타내는 평면도, 도 5는 본 발명의 결합돌기의 배치에 관한 다른 실시예를 나타내는 평면도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체에 압입부재가 결합한 모습을 나타내는 단면도 및 부분 확대도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭을 나타내는 사시도, 도 10은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 일실시예를 나타내는 사시도, 도 11은 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 다른 실시예를 나타내는 사시도, 도 12는 본 발명의 베이스플레이트 상에 유로형성블럭이 배치되어 가스유로를 형성하는 또 다른 실시예를 나타내는 사시도, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 조립체 사이에 연료전지의 셀이 배치된 모습을 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체는, 고체산화물 연료전지용 분리판 조립체에 있어서, 일측 방향으로 돌출되면서 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기(110)를 형성하는 베이스플레이트(100); 결합돌기(110)에 결합하는 결합공(210)을 형성하고, 결합돌기(110)와 결합공(210)의 결합에 의해 베이스플레이트(100) 상에 배치되는 형성하는 하나 이상의 유로형성블럭(200); 및 유로형성블럭(200)의 형상 또는 배치 형태에 따라 패턴이 가변적으로 형성되어, 외부로부터 공급되는 반응가스가 유동하도록 구비되는 가스유로(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
종래의 고체산화물 연료전지용 분리판의 경우, 분리판에 반응가스인 산소 또는 수소를 유동시키기 위한 유로를 화학약품의 부식작용에 의한 에칭(etching) 방식으로 형성하였고, 이와 같은 에칭에 의한 유로형상 가공은 가공 단면이 고르지 않고, 가공 정밀도가 낮으며, 가공 시간이 길어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 고체산화물 연료전지용 분리판 조립체는 베이스플레이트(100)와 베이스플레이트(100) 상에 배치되는 유로형성블럭(200)으로 구성되어, 베이스플레이트(100) 상에 유로형성블럭을(200) 배치시켜 유로형성블럭(200)에 의해 반응가스가 유동하는 가스유로(300)를 형성되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 베이스플레이트(100) 상에 유로형성블럭(200)을 다양한 형태로 배치시킬 수 있게 구성함으로써, 유로형성블럭(200)의 형상 또는 배치 형태에 따라 가스유로(300)의 패턴을 가변적으로 형성할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
먼저, 베이스플레이트(100)는 일측 방향으로 돌출되면서 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기(110)를 형성한다.
베이스플레이트(100)는 일예로 소정의 면적 및 두께를 갖는 판상형 부재로 구비될 수 있으며, 베이스플레이트(100) 상에는 베이스플레이트(100)의 일측 방향으로 돌출된 결합돌기(110)가 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 결합돌기(110)는 판재 가공 방법 중 하나인 스탬핑(stamping) 가공에 의해 베이스플레이트(100) 상에 돌출 형성될 수 있으며, 본 발명에 따른 결합돌기(110)는 각 실시예에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 결합돌기(110a)는 횡단면이 원형으로 형성될 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 결합돌기(110b)는 횡단면이 다각형으로 형성될 수 있다.
한편, 베이스플레이트(100) 상에는 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기(110)가 형성될 수 있는데, 이때 복수개의 결합돌기(110)는 상호 격자 형태로 배치될 수 있다.
일실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 결합돌기(110)는 베이스플레이트(100)의 세로 방향을 따라 동일 선상에 소정 간격만큼 이격 배치되어 하나의 배열(a)을 이루고, 복수개의 배열(a)이 베이스플레이트(100)의 가로 방향을 따라 소정 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.
이때, 배열(a)을 형성하는 복수개의 결합돌기(110) 간의 이격거리와, 복수개의 배열(a) 간의 이격거리는 서로 동일하게 형성되거나, 서로 상이하게 형성될 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 복수개의 결합돌기(110)는 베이스플레이트(100)의 세로 방향을 따라 지그재그 형태로 배치되어 하나의 배열(a)을 이루고, 복수개의 배열(a)이 베이스플레이트(100)의 가로 방향을 따라 소정 간격만큼 이격되어 배치될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 결합돌기(110)는 판재 가공 방법 중 하나인 스탬핑(stamping) 가공에 의해 베이스플레이트(100) 상에 돌출 형성될 수 있는데, 이에 따라 결합돌기(110)의 형성 위치에 대응하는 베이스플레이트(100) 상에는 타측에서 일측 방향으로 함몰된 함몰부(130)가 형성될 수 있다.
이때, 함몰부(130)는 결합돌기(110)와 대응하는 형상(횡단면, 높이 등)으로 형성될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일실시예에 따른 베이스플레이트(100)는 Fe-Cr 합금을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
종래의 고체산화물 연료전지용 분리판의 경우, 고온 산화환경에서의 내산화성 및 전기전도성을 향상시키기 위해 고가의 희토류 원소(La, Zr 등)가 필수적으로 첨가되었으나, 본 발명에 따른 분리판 조립체는 고가의 희토류 원소가 첨가되지 않고, Fe-Cr 합금을 기반으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 베이스플레이트(100)는 Fe-Cr 합금을 기반으로 하고, Fe-Cr 합금에는 Mn, Nb, Mo 중 적어도 어느 하나 이상이 첨가제로 포함될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 베이스플레이트(100) 상에는 보호코팅층(150)이 형성될 수 있다.
여기서, 보호코팅층(150)은 La, Mn, Sr 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 스피넬(Spinel)계 코팅층이거나, La, Mn, Sr 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 페로브스카이트(Perovskite)계 코팅층일 수 있다.
베이스플레이트(100) 상에 보호코팅층(150)이 형성됨으로써 베이스플레이트(100)의 Cr 휘발에 의한 연료전지의 성능열화를 방지할 수 있으며, 또한 도 13에 도시된 바와 같이 베이플레이트(100)의 결합돌기(110)가 셀(10)의 음극층(11) 또는 양극층(15)에 접촉하는 경우, 결합돌기(110)와 음극층(11) 사이의 계면접촉저항(interfacial contact resistance, ICR) 내지 결합돌기(110)와 양극층(15) 사이이 계면접촉저항을 감소시켜, 계면접촉저항의 증가에 따른 연료전지의 성능열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 경우 후술하는 유로형성블럭(200)은 결합공(210)이 결합돌기(110)에 결합함으로써 베이스플레이트(100) 상에 배치되는데, 이때 베이스플레이트(100)와 유로형성블럭(200) 사이의 계면 상에 이격이 발생하여 가스유로(300) 상에 가스의 정상적인 유동을 방해할 수 있다.
이에, 베이스플레이트(100) 상에 보호코팅층(150)이 형성됨으로써 베이스플레이트(100)와 유로형성블럭(200) 사이의 계면 밀착성이 향상되어 위와 같은 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 유로형성블럭(200)은 결합돌기(110)에 결합하는 결합공(210)을 형성하고, 결합돌기(110)와 결합공(210)의 결합에 의해 베이스플레이트(100) 상에 배치된다.
유로형성블럭(200)은 베이스플레이트(100) 상에 가스유로(300)를 형성시키기 위해 베이스플레이트(100) 상에 배치되는데, 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200)은 결합공(210)을 베이스플레이트(100)에 형성된 결합돌기(110)에 결합시킴으로써, 베이스플레이트(100) 상에 배치된다.
결합공(210)은 유로형성블럭(200)의 일측면 및 타측면 사이를 관통하는 홀 형태로 형성되거나, 타측에서 일측 방향으로 함몰된 홈 형태로 형성될 수 있고, 베이스플레이트(100)에 돌출 형성된 결합돌기(110)에 삽입 결합이 가능하도록 전술한 결합돌기(110)의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 베이스플레이트(100) 상에 횡단면이 원형 또는 다각형인 결합돌기(110a, 110b)가 형성되면서, 유로형성블럭(200)에 홀 형태의 결합공(210)이 형성되는 경우, 결합공(210)의 횡단면은 결합돌기(110a)의 횡단면에 대응하는 형상으로 형성될 수 있고, 또한 결합공(210)의 길이는 결합돌기(110a)의 높이에 대응하게 형성될 수 있다.
이때, 결합공(210)이 홀 형태로 형성되는 경우에 유로형성블럭(200)의 높이는 결합돌기(110)의 높이에 대응하게 형성된다.
또한, 베이스플레이트(100) 상에 횡단면이 원형 또는 다각형인 결합돌기(110a, 110b)가 형성되면서, 유로형성블럭(200)에 홈 형태의 결합공(210)이 형성되는 경우, 결합공(210)의 횡단면은 결합돌기(110a)의 횡단면에 대응하는 형상으로 형성될 수 있고, 또한 결합공(210)의 함몰 깊이는 결합돌기(110a)의 높이에 대응하게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유로형성블럭(200)은, 유로형성블럭(200)에 형성된 결합공(210)에 베이스플레이트(100)의 결합돌기(110)를 압입시키는 방법에 의해 베이스플레이트(100) 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 결합공(210)의 크기는 결합돌기(110)의 크기보다 소정 수치만큼 작게 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 조립체는 베이스플레이트(100)와 유로형성블럭(200)의 결합 강도를 향상시키기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 결합돌기(110)의 타측에 결합하여, 결합돌기(110)와 결합공(210)의 결합 시, 유로형성블럭(200)의 타측에 압입되는 압입부재(170)를 더 포함할 수 있다.
압입부재(170)는 소정의 고리 형상으로 형성되어 결합돌기(110)에 삽입될 수 있으며, 이때 전술한 바와 같이 결합돌기(110a)가 원통형 형상으로 형성되는 경우, 압입부재(170)는 원형의 고리 형상으로 형성될 수 있고, 결합돌기(110b)가 다각형 형상으로 형성되는 경우, 압입부재(170)는 다각형의 고리 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 압입부재(170)의 단면은 사각 형상으로 형성될 수 있다.
압입부재(170)는 결합돌기(110)의 타측에 결합하여, 결합돌기(110)를 결합공(210)에 압입시킬 때 유로형성블럭(200)의 타측에 압입되어, 베이스플레이트(100)와 유로형성블럭(200)의 결합 강도를 향상시키게 된다.
한편, 본 발명에 따른 유로형성블럭(200)은 베이트플레이트(100) 상에 다양한 유로 패턴을 형성하기 위하여 하나 이상이 구비되되, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 횡단면이 다각형 내지 원형으로 형성되는 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유로형성블럭(200)이 다양한 형상으로 형성되어 베이스플레이트(100) 상에 배치됨으로써, 베이스플레이트(100) 상에 다양한 패턴의 가스유로(300)를 가변적으로 형성하게 된다.
먼저, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200a)은 사각기둥 형상으로 이루어지고, 길이 방향으로 둘 이상의 결합공(210a)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200a)의 경우, 소정의 길이, 높이 및 폭을 갖는 사각기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 유로형성블럭(200a) 상에는 둘 이상의 결합공(210a)이 유로형성블럭(200a)의 길이 방향을 따라 소정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200a)은 횡단면이 직사각형인 사각기둥 형상 이외에도, 횡단면이 “ㄱ”자 내지 “ㄴ”자 등의 일부분이 절곡된 사각기둥 형상으로 형성될 수도 있음을 물론이다.
이때, 유로형성블럭(200a)에 형성되는 결합공(210)은 전술한 바와 같이 결합돌기(110)의 형상에 대응하여 횡단면이 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200b)은 횡단면이 원형이고, 내부에 하나 이상의 결합공(210b)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200b)의 경우, 소정의 직경 및 높이를 갖는 원기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 유로형성블럭(200b) 상에는 하나 이상의 결합공(210b)이 유로형성블럭(200b)의 내부에 형성될 수 있으며, 이때 결합공(210)은 전술한 바와 같이 결합돌기(110)의 형상에 대응하여 횡단면이 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 9 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200c)은 횡단면이 육각형이고, 내부에 하나 이상의 결합공(210c)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 유로형성블럭(200c)의 횡단면은 특히 정육각형으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200c)의 경우, 소정의 높이를 갖는 육각기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 유로형성블럭(200b) 상에는 하나 이상의 결합공(210b)이 유로형성블럭(200b)의 내부에 형성될 수 있다.
이때, 결합공(210)은 전술한 바와 같이 결합돌기(110)의 형상에 대응하여 횡단면이 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있는데, 특히 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200c)의 결합공(210c)은 횡단면이 다각형인 결합돌기(110b)에 결합할 수 있도록 횡단면이 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
횡단면이 원형인 결합돌기(110a)일 때, 전술한 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200a)의 경우, 내부에 결합공(210a)이 둘 이상 형성되므로 가스유로(300)의 패턴이 베이스플레이트(100) 상에 배치된 유로형성블럭(200a)의 회전 등에 의해 임의로 변경되는 것이 방지된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200b)의 경우에는 횡단면이 원형이므로 유로형성블럭(200b)이 회전하여도 가스유로(300)의 패턴이 변경되지 않는다.
그러나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200c)의 경우 횡단면이 육각형이므로 유로형성블럭(200c)이 회전하면 가스유로(300)의 패턴이 변경되므로, 유로형성블럭(200c)이 회전하는 것을 방지하기 위해 횡단면이 다각형인 결합돌기(110b)에 의해 베이스플레이트(100) 상에 배치될 수 있도록 결합공(210c)의 횡단면을 다각형으로 형성하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 유로형성블럭(200)은 횡단면이 팔각형(정팔각형 포함)이고, 내부에 하나의 결합공(210)을 형성할 수도 있다.
이어서, 본 발명에 따른 유로형성블럭(200)은 일예로서 도 7 (b), 도 8 (b) 및 도 9 (b)에 도시된 바와 같이, 음극층(11) 또는 양극층(15)에 접촉하는 일측면의 접촉 면적을 증가시키기 위해, 일측면의 면적을 타측면의 면적보다 크게 형성할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 유로형성블럭(200)은 타측면에서 일측면으로 갈수록 유로형성블럭(200)의 외측으로 치우쳐진 구배를 갖도록 형성되어, 횡단면의 면적이 타측면에서 일측면으로 갈수록 증가하도록 형성될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분리판이 셀(10)에 결합하는 경우, 유로형성블럭(200)의 일측면은 음극층(11) 또는 양극층(15)에 접촉하게 되는데, 이때 유로형성블럭(200)의 일측면과 음극층(11) 사이의 계면접촉저항 내지 유로형성블럭(200)의 일측면과 양극층(15) 사이이 계면접촉저항이 증가할수록 연료전지의 성능열화된다.
이에, 음극층(11) 또는 양극층(15)에 접촉하는 유로형성블럭(100)의 일측면의 면적을 증가시켜 유로형성블럭(200)의 일측면과 음극층(11) 사이의 계면접촉저항 내지 유로형성블럭(200)의 일측면과 양극층(15) 사이이 계면접촉저항을 감소시킴으로써, 종국적으로 계면저촉저항 증가에 따른 연료전지의 성능열화를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200)은 전술한 베이스플레이트(100)와 마찬가지로 Fe-Cr 합금을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 유로형성블럭(200)은 전술한 베이스플레이트(100)와 마찬가지로, 표면에 La, Mn, Sr 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 스피넬(Spinel)계 코팅층, 또는 La, Mn, Sr 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 페로브스카이트(Perovskite)계 코팅층이 형성될 수 있고, 이에 따라 전술한 바와 같은 기술적 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
이어서, 가스유로(300)는 유로형성블럭(200)의 형상 또는 배치 형태에 따라 패턴이 가변적으로 형성되어, 외부로부터 공급되는 반응가스가 유동하도록 구비된다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 가스유로(300)는 베이스플레이트(100) 상에 배치된 유로형성블럭(200)에 의해 베이스플레이트(100) 상에 형성된다.
전술한 바와 같이, 종래의 고체산화물 연료전지용 분리판의 경우 에칭 가공에 의해 유로를 형성하지만, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 조립체는 베이스플레이트(100) 상에 배치되는 유로형성블럭(200)에 의해 가스유로(300)를 형성하게 된다.
이때, 베이스플레이트(100) 상에 형성되는 가스유로(300)는 베이스플레이트(100)에 배치하는 유로형성블럭(200)의 형상 또는 배치 형태에 따라 다양하게 패턴으로 가변적으로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유로형성블럭(200)은 횡단면이 다각형 내지 원형 등으로 다양하게 형성될 수 있고, 또한 유로형성블럭(200) 내에 다양한 개수 및 배치의 결합공(210)이 형성될 수 있다.
이때, 베이스플레이트(100) 상에는 결합돌기(110)가 격자 형태로 배치되어 있어, 다양한 형상으로 형성된 유로형성블럭(200)을 베이스플레이트(100) 상에 다양한 개수를 다양한 형태로 배치시킬 수 있다.
이에 따라, 베이스플레이트(100) 상에 다양한 패턴의 가스유로(300)를 가변적으로 형성할 수 있으며, 도 10에는 베이스플레이트(100)에 본 발명의 일실시예에 따른 유로형성블럭(200a)이 배치되어 소정의 패턴을 가지는 가스유로(300)가 형성된 모습이 나타나 있고, 도 11에는 베이스플레이트(100)에 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200b)이 배치되어 소정의 패턴을 가지는 가스유로(300)가 형성된 모습이 나타나 있으며, 도 12에는 베이스플레이트(100)에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로형성블럭(200c)이 배치되어 소정의 패턴을 가지는 가스유로(300)가 형성된 모습이 나타나 있다.
이처럼, 베이스플레이트(100)에 형성되는 결합돌기(100)의 배치와, 유로형성블럭(200)의 형상 및 배치 형태를 다양하게 변경하여, 베이스플레이트(100) 상에 다양한 가스유로(300)를 가변적으로 형성할 수 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.
한편, 도 13에는 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 조립체 사이에 음극층(11), 전해질층(13) 및 양극층(15)을 포함하는 셀(10)이 구비된 모습이 나타나 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 조립체 사이에는 연료전지의 셀(10)이 구비될 수 있으며, 이때 셀(10)의 음극층(11)에 구비되는 연료전지용 분리판 조립체의 가스유로(300)에는 수소가 공급되어 유동할 수 있으며, 셀(10)의 양극층(15)에 구비되는 연료전지용 분리판 조립체의 가스유로(300)에는 산소가 공급되어 유동할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 베이스플레이트에 에칭 방식으로 가스유로를 형성하는 것이 아닌, 베이스플레이트 상에 유로형성블록을 배치시켜 가스유로를 형성함으로써, 유로형상 가공의 정밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 베이스플레이트에 결합돌기를 격자 형태로 배치하고, 다양한 형상, 개수의 유로형성블럭을 다양한 형태로 배치시킴으로써, 베이스플레이트 상에 다양한 가스유로를 가변적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 셀
11 : 음극층
13 : 전해질층
15 : 양극층
100 : 베이스플레이트
110 : 결합돌기
130 : 함몰부
150 : 보호코팅층
170 : 압입부재
200 : 유로형성블럭
210 : 결합공
300 : 가스유로
11 : 음극층
13 : 전해질층
15 : 양극층
100 : 베이스플레이트
110 : 결합돌기
130 : 함몰부
150 : 보호코팅층
170 : 압입부재
200 : 유로형성블럭
210 : 결합공
300 : 가스유로
Claims (6)
- 고체산화물 연료전지용 분리판 조립체에 있어서,
일측 방향으로 돌출되면서 상호 이격되게 배치되는 복수개의 결합돌기를 형성하는 베이스플레이트;
상기 결합돌기에 결합하는 결합공을 형성하고, 상기 결합돌기와 상기 결합공의 결합에 의해 상기 베이스플레이트 상에 배치되는 형성하는 하나 이상의 유로형성블럭; 및
상기 유로형성블럭의 형상 또는 배치 형태에 따라 패턴이 가변적으로 형성되어, 외부로부터 공급되는 반응가스가 유동하도록 구비되는 가스유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 복수개의 결합돌기는 상호 격자 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 유로형성블럭은,
사각기둥 형상으로 이루어지고, 길이 방향으로 둘 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 유로형성블럭은,
횡단면이 원형이고, 내부에 하나 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 유로형성블럭은,
횡단면이 육각형이고, 내부에 하나 이상의 상기 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 베이스플레이트는 Fe-Cr 합금을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변적 유로 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| KR1020210051210A KR102535955B1 (ko) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 가변적 유로 패턴 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210051210A KR102535955B1 (ko) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 가변적 유로 패턴 형성이 가능한 연료전지용 분리판 조립체 |
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|---|---|---|---|
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